Электромагнитное реле - хорошо известное и широко применяемое на практике электротехническое изделие. Область применения электромагнитных реле простирается от отметивших свой 150-летний юбилей схем релейной автоматики до новейшего телекоммуникационного оборудования и интерфейсов между контроллерами и промышленными системами управления, где требуются надежные и мощные схемы для управления исполнительными устройствами, гарантирующие высоковольтную гальваническую развязку между объектом управления и управляющей системой. Можно без преувеличения сказать, что вся современная электротехника и промышленная автоматика выросла из дискретных устройств на базе электромагнитного реле.

Первое электромагнитное реле было придумано и практически реализовано в 30-х годах XIX века, когда потребовалась передача депеш на большие расстояния. С.Морзе пришла в голову идея создания телеграфного аппарата с регистратором принятой информации на основе электромагнита. Инженерам понравилось свойство реле при слабом токе управления коммутировать мощные цепи, после чего в телеграфе реле превратилось в импульсный усилитель слабых сигналов.

Самое старое изображение реле, которое удалось найти:

Рисунок 1

рисунок датируется 1895 годом!

Промежуточные усилители в линии связи позволили уже в 60-х годах XIX века передавать телеграфные сообщения на расстояния до нескольких тысяч километров. Само название «реле» было заимствовано из французского языка, где этим термином обозначалась смена лошадей при переездах на большие расстояния. Таким вот образом в истории техники работа электромагнитного реле началась в области телекоммуникаций.

При появлении электростанций и электрического освещения возникла потребность в распределении электроэнергии и управлении электрическими сетями, а с развитием промышленности появились и первые системы управления, где реле немедленно нашло свое место. Развитие дискретной математики и электротехники привело разработке в 90-е годы XIX века управляющих автоматов, сначала простых, но потом все более и более сложных, нашедших применение в телефонных станциях и автоматической электросвязи. Изобретение радио и электронных ламп не помешали совершенствованию электромагнитного реле, которое постепенно становится все более миниатюрным, экономичным и надежным. Конструкторы разрабатывают реле времени, поляризованные реле и многопозиционные реле для программного управления процессами. Реле и мощные электромагнитные пускатели позволяют коммутировать электрические подстанции распределения энергии, удаленные на расстояние до сотен километров от диспетчерских пультов, создавая предпосылку появления в 30-х годах XX века телемеханики и систем дистанционного управления.

Реле везде находит свое место, промышленность всех развитых стран мира осваивает и наращивает выпуск реле сотен видов и типов для нужд науки и техники.

Реле из учебника электротехники выпуска 1935 года:

Рисунок 2

вполне современная конструкция

В справочниках подробно описываются тончайшие аспекты настройки и регулировки реле, ветераны релейной техники учат начинающих техников искать причины отказов в автоматике, появляются специальные инструменты для чистки контактов и особые смазки («Вечный контакт» - вот смазка, дающая вашему реле вторую жизнь» - американская реклама специальной густой смазки для контактов, 1940 год).

Электронные лампы, способные работать в качестве мощных коммутирующих устройств (триоды, тиратроны с холодным катодом, водородные тиратроны) начинают вытеснять реле из устройств автоматики в 40-х годах XX века, а с середины 50-х годов начинается эпоха транзисторов, плавно перешедшая в конце 60-х в эру микросхем. Объем производства реле, однако, при этом не только не падает, но и постоянно растет, и электромагнитное реле продолжает применяться как в качестве коммутатора и силового ключа для управления нагрузками, так и для построения логических схем. Только в 80-е годы реле окончательно покидает коммутационные поля автоматических телефонных станций, работая в электронных АТС и сегодня в качестве входного коммутатора абонентских линий.

Силовые реле на протяжении XX века многократно меняют свою конструкцию, но в итоге техническая революция приводит к появлению промышленных стандартов для реле. Расширение международной торговли и понижение температуры холодной войны принуждают промышленников выпускать «стандартные» реле, и подобно тому, как стандартизация привела к унификации цоколей и баллонов электронных ламп, промышленные стандарты приводят к возможности применения в оборудовании реле, выпущенных в различных странах.

XX век закончился и наступление третьего тысячелетия отмечается невиданным спросом на реле в промышленности, требующей все больше и больше электромагнитных реле как для потребительских товаров (стиральные машины, кухонная техника, телефоны), так и для развития средств производства (контроллеры и автоматизация промышленных процессов) и средств связи (телефонные станции, связное оборудование).

Несмотря на то, что электромагнитное реле представляет собой относительно простое устройство, технология производства реле сложна, а правильное применение реле (обеспечивающее желаемые технические характеристики и надежность) требует специальных знаний. Сложности и трудности при конструировании и применении реле обусловлены тем, что электромагнитное реле представляет собой электромеханическое устройство, сочетающее в себе как механические детали, так и электрические узлы, каждый из которых требует тщательного расчета, подбора материалов и технологии производства. При проектировании и эксплуатации реле необходимо одновременно учитывать механические нагрузки и электрические эффекты при наличии всевозможных химических процессов, ярко проявляющихся при старении и нагреве пластиков и металлов.

Современная промышленность и современное оборудование ежегодно повышают требования к электромагнитным реле в области уменьшения габаритов, повышения надежности и снижения стоимости. Удовлетворить всем этим требованиям одновременно можно лишь при совершенствовании соответствующих технологий. В этой книге мы не будем затрагивать вопросы производства реле, это совсем особая тема для разговора, да и кроме того, технология изготовления хороших реле поддерживается фирмами-производителями в секрете.

Правильное понимание проблем, возникающих при работе электромагнитных реле, и правильный выбор реле для конкретного применения - вот задача, стоящая перед инженером-разработчиком или конструктором. Целью книги является желание познакомить читателя с основами технологии и применения реле и дать при этом заинтересованному читателю необходимые практические знания для разработки надежных и современных устройств и систем, содержащих электромагнитные реле.

Сознавая, что не у всякого инженера есть время (и желание) для овладения этими знаниями по всем правилам академической и прикладной науки, авторы постарались обойтись без сложного математического аппарата. Основное внимание было сосредоточено на практических знаниях, полученных разработчиками и эксплуатационниками за десятки лет, и приведении этих практических знаний в форму, удобную и приятную для восприятия. Также понимая, что профессионалы с опытом работы не склонны доверять чистой теории, всюду по тексту будут указываться данные, полученные путем практических испытаний и наработанного с годами опыта эксплуатации электромагнитных реле.

В эту книгу собраны многие полезные сведения, разбросанные во всемирной технической литературе. При подборе материалов ставилась задача не пропустить нужной и воспрепятствовать проникновению непроверенной информации, для чего редакторы постоянно прибегали к помощи конструкторов реле и опытных инженеров-разработчиков. Все приводимые численные данные подтверждаются как минимум двумя независимыми источниками, а все рекомендации проверены на практике.

Вместе с этим эта книга представляет собой всего лишь разумное дополнение к техническим описаниям или каталогам. Каталоги обычно не содержат советов и обобщений: дается конкретное изделие с конкретными параметрами, а литература побуждает читателей к размышлениям и выводам.

Мы надеемся, что знания, полученные из этой книги, позволят специалистам с легкостью читать и понимать каталоги заводов-производителей и правильно оценивать приводимые там данные на предмет пригодности конкретного реле для своей разработки.

Если эта книга даст необходимую информацию начинающим инженерам и освежит в памяти знания опытных разработчиков - значит, мы работали не зря.